Princip světelné energie LED

Všedobíjecí pracovní světlo, přenosné kempingové světloamultifunkční čelovkaPoužijte typ LED žárovky. Abychom pochopili princip LED diody, musíme nejprve pochopit základní znalosti o polovodičích. Vodivé vlastnosti polovodičových materiálů se nacházejí mezi vodiči a izolanty. Jejich jedinečné vlastnosti jsou: když je polovodič stimulován vnějším světlem a teplem, jeho vodivost se výrazně změní; přidání malého množství nečistot do čistého polovodiče výrazně zvyšuje jeho schopnost vést elektrický proud. Křemík (Si) a germanium (Ge) jsou nejčastěji používané polovodiče v moderní elektronice a jejich vnější elektrony jsou čtyři. Když atomy křemíku nebo germania tvoří krystal, sousední atomy interagují navzájem, takže vnější elektrony se sdílejí mezi oběma atomy, což vytváří kovalentní vazbu v krystalu, což je molekulární struktura s malou schopností omezování. Při pokojové teplotě (300 K) tepelná excitace způsobí, že některé vnější elektrony získají dostatek energie k odtržení od kovalentní vazby a stanou se volnými elektrony, tento proces se nazývá vnitřní excitace. Poté, co se elektron uvolní a stane se volným elektronem, zůstane v kovalentní vazbě volné místo. Toto volné místo se nazývá díra. Vzhled díry je důležitým prvkem, který odlišuje polovodič od vodiče.

Když se k intrinzickému polovodiči přidá malé množství pětimocné nečistoty, jako je fosfor, získá po vytvoření kovalentní vazby s jinými atomy polovodiče jeden elektron navíc. Tento elektron navíc potřebuje jen velmi malou energii k odstranění vazby a přeměně na volný elektron. Tento typ nečistotového polovodiče se nazývá elektronický polovodič (polovodič typu N). Pokud se však k intrinzickému polovodiči přidá malé množství trojmocných elementárních nečistot (jako je bor atd.), protože má ve vnější vrstvě pouze tři elektrony, po vytvoření kovalentní vazby s okolními atomy polovodiče se v krystalu uvolní místo. Tento typ nečistotového polovodiče se nazývá děrový polovodič (polovodič typu P). Když se polovodiče typu N a typu P spojí, vzniká rozdíl v koncentraci volných elektronů a děr na jejich spoji. Elektrony i díry difundují směrem k nižší koncentraci a zanechávají nabité, ale nepohyblivé ionty, které ničí původní elektrickou neutralitu oblastí typu N a typu P. Tyto nepohyblivé nabité částice se často nazývají prostorové náboje a jsou koncentrovány v blízkosti rozhraní oblastí N a P a tvoří velmi tenkou oblast prostorového náboje, která je známá jako PN přechod.

Když je na oba konce PN přechodu aplikováno napětí v přímém směru (kladné napětí na jedné straně typu P), díry a volné elektrony se pohybují kolem sebe a vytvářejí vnitřní elektrické pole. Nově vstřikované díry se pak rekombinují s volnými elektrony, někdy uvolňují přebytečnou energii ve formě fotonů, což je světlo, které vidíme vyzařované LED diodami. Takové spektrum je relativně úzké a protože každý materiál má jinou šířku zakázaného pásu, vlnové délky vyzařovaných fotonů se liší, takže barvy LED diod jsou určeny použitými základními materiály.